EP1217462A2 - Verfahren und Einrichtung zur Erwärmung von Bedruckstoff und/oder Toner - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for fixing toner on a carrier or a printing material, in particular a sheet or a ribbon Printing material, preferably for a digital printing machine.
- the invention relates to a device for heating printing material and / or toner, in particular for fixing toner on a carrier or a printing material, in particular a sheet or a ribbon Printing material, preferably for a digital printing machine, preferably for Implementation of the aforementioned procedure.
- a latent electrostatic image is generated by printing Toner particles are developed, which in turn on a printing material receiving the image, e.g. Paper.
- the one transferred to the substrate Image is there by heating and softening the toner and / or heating the printing material fixed.
- toner particles combine with the substrate and possibly also with each other.
- Microwaves are used to fix the toner on the substrate known in principle. Because the absorption of microwave energy in the toner usually is at least one order of magnitude smaller than in the substrate preferably the printing material is heated by the microwaves and the printing material in turn heats the toner on it to a temperature where the toner combines with the substrate. As is known characteristic when using microwaves for fixing the toner Values of the substrate used, such as weight, moisture and Composition, critical and to consider.
- an image fixing device is known from US Pat. No. 4,511,778, which is an image made of toner using radio frequency waves, in particular Microwaves, fixed on a printing material, especially a sheet of paper.
- radio frequency waves in particular Microwaves
- One aspect of the known device is the possibility of using the microwaves Depend on the size of the substrate to be considered this size as the characteristic value of the printing material To ensure melting and fixing of the toner.
- the toner image can be four different ones Have toner layers.
- the maximum density is everyone Toner layer on the image carrier substrate or printing material 100%, with one maximum total density of the toner layers in the toner image of 400%.
- the density of a single color toner image is in the range of 0% to 100% density, a colored toner image in the range from 0% to 290%.
- the problem can arise when using sheet-shaped printing material occur that in the area irradiated with microwaves the edge area of the Leaf is processed energetically differently than the central leaf area, so that it can lead to an unevenly created printed product.
- a contactless fixation is to protect the printed image desirable. Avoidance is another advantage of contactless fixation of adhesive wear and the resulting increased service life of the used Establishment, as well as better reliability of the establishment.
- the invention is therefore based on the object of an adequate fixation of toner on a printing material or its preparation by using microwaves, preferably also for multi-color printing on sheet-like substrates and preferably in coordination with the prevailing special circumstances, to enable.
- this object is achieved according to the invention in that the printing material comprising the toner with microwaves from at least one microwave transmitter irradiated and heated for melting the toner and that a toner is used that has a sharp transition from its solid to its shows liquid state when heated.
- a dry toner can be used, for example be quite right at an average temperature of around 50 ° C to 70 ° C is hard, so that it uses conventional methods to achieve a desired medium Toner size of e.g. B. 8 - 4 microns can be ground and also at development temperatures does not become sticky or melts yet, but at higher Temperature of e.g. about 90 ° C is already very low viscosity, so that if necessary.
- taking advantage of capillarities even without external ones Pressure and contactless on and in the printing material settles and adheres to a cold then hardens very quickly and is fixed, with one good surface gloss adapted to the printing material, especially lack trained grain boundaries. The latter also plays a role with colored toner an important role for the color saturation.
- the ratio can be in connection with the toner according to the invention of the value of the elastic module G 'at the reference temperature value from the initial temperature at the start of the glass transition of the toner plus 50 ° C, to the value of the elastic modulus at the initial temperature itself ⁇ 1E-5, preferably even ⁇ 1 E-7, where E stands for exponent based on 10 should.
- the starting temperature of the start of the glass transition of the toner is preferred determined as the temperature value at which the tangents to the Functional curve of the elastic module G 'as a function of the temperature before and cut after the glass transition.
- the transition of the toner from its solid to its liquid should Condition in a temperature interval or temperature window of approximately 30 ° to 50 ° K size take place. This range should be above 60 ° C, preferably about between 70 ° C and 130 ° C, very preferably between 75 ° C and 125 ° C.
- the energy input mentioned can essentially be one of the overall system correspond to the microwave power consumed from printing material and toner, so that according to the invention, according to the actual circumstances, the power output compared with the power input and coordinated becomes. This essentially corresponds to an efficiency check and / or setting.
- a Regulation on the part of the transmitter in the broadest sense, which also serves as a microwave source can be addressed, and / or on the part of the recipient Toner-substrate system or its handling.
- the invention preferably proposes in detail the power of the microwave transmitter to regulate and / or the speed of the movement of the substrate regulate and / or tune the frequency of the microwaves, the latter Measure preferably also to achieve higher energy absorption immediately to achieve in the toner itself, and thereby a more precise influence on its Merge to take as indirect and problematic on the substrate.
- the invention preferably suggests as measurable parameters for the dependent control the temperature of the substrate or that of the toner-substrate system reflected and therefore not absorbed microwave energy. More measurable Parameters can - without limitation - the weight / thickness or the Water content of the printing material or density and gloss of the toner layer.
- One or more operating parameters are preferably also provided in a controllable manner.
- a further development of the device according to the invention, for the more independent Protection is claimed, is characterized by at least one microwave conductor in the form of a closed ring or a closed one Loop.
- the structure of the microwave guide according to the invention has the advantage of being uniform and homogeneous heating of the substrate. This goes in particular along with a largely constant field strength of the electric field high efficiency and with a compact design.
- the ring shape can be made even more compact in that straight Parts that run perpendicular to the transport direction of the substrate, close together be moved.
- the microwave width for a corresponding increase in field strength can be reduced.
- a compact one The design is particularly good when printing on the substrate Backprint and the necessary fixations of the respective toner image desirable.
- the field strength should be maximal 3kV / mm, preferably about 0.2 kV / mm to about 1.0 kV / mm.
- microwave energy is used appropriately fed into the microwave guide.
- the microwave is guided in the closed loop of the ring. During the run the microwave through the closed loop is in the heating area the possibly carrying toner heated.
- the microwave goes through the closed loop periodically in the same direction until the microwave energy has been absorbed by the printing material and / or toner. A little Part of the microwave power is dissipated in the inner walls of the microwave conductor converted into heat.
- the construction of a microwave guide according to the invention is particularly suitable for materials with a relatively low absorption.
- the device according to the invention is not only itself as a fixing device or Fuser suitable, but it could also serve as a preheater for a subsequent one Fixing device can be used with advantage. It would also be a conditioning device for conditioning substrates, especially paper, suitable. A change in the substrate can be caused by heat then take place before the start of the printing process.
- the device according to the invention is preferred for a digital multicolor printing machine provided so that also for such a printing press equipped Protection is claimed within the scope of the invention.
- the G 'ratio is the ratio of the elastic modulus G' at the initial temperature of the glass transition plus 50 ° C to G 'at the initial temperature of the Glass transition.
- the initial temperature of the glass transition is shown in Fig. 1 determined from the intersection of the tangents at G 'before and after the glass transition and is just under 70 ° C in the example shown.
- Fig. 2 shows the measured functional curve of G 'according to Fig. 1 for three examples Toner shown.
- the functional values of G ' were determined by a rheological Measurement with a Bolin rheometer equipped with parallel plates of 40 mm in diameter. There was a continuous change in temperature at a frequency of 1 rad / s corresponding to 0.16 Hz between 50 ° C and 200 ° C carried out. The voltage (strain) of the measurement was chosen so that the sample shows no shear thinning (Newtonian behavior).
- Fig. 3 shows schematically in plan view a microwave guide 1 in the form of a closed ring, which is connected to a system 2 for generating microwaves a system 3 for coupling microwaves is connected and by the in Proceed in the direction of the arrows 4 microwaves.
- the ring shape has mutually parallel, straight sections 5, 6, which are transverse to a transport direction 7 for extend a substrate, not shown, and relatively compact and follow closely one after the other.
- Fig. 4 shows a side view of the arrangement according to Fig. 3. Same components are identified by the same reference numbers as in Fig. 3.
- Fig. 4 there is a passage slot 8 for the printing material in the microwave guide 1 recognizable.
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Abstract
Description
- Abb. 1
- den Funktionalverlauf des elastischen Moduls G' eines Toners als Funktion der Temperatur zur Definition der Anfangstemperatur des Glasübergangs des Toners,
- Abb. 2
- die gemessenen Funktionalverläufe gemäß Abb. 1 eines erfindungsgemäßen Toners und zweier Toner nach dem Stand der Technik zum Vergleich,
- Abb. 3
- eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrowellenleiter und
- Abb. 4
- eine Seitenansicht des Mikrowellenleiters gemäß Abb. 3.
Claims (21)
- Verfahren zur Fixierung von Toner auf einem Träger bzw. einem Bedruckstoff, insbesondere einem blattförmigen Bedruckstoff, vorzugsweise für eine digitale Druckmaschine,
dadurch gekennzeichnet, daß der Toner aufweisende Bedruckstoff mit Mikrowellen aus wenigstens einem Mikrowellensender bestrahlt und für das Schmelzen des Toners erhitzt wird und daß ein Toner verwendet wird, der einen starken Abfall des elastischen Moduls G' von seinem festen zu seinem flüssigen Zustand beim Erhitzen zeigt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Wertes des elastischen Moduls G' bei dem Referenztemperaturwert, errechnet aus der Anfangstemperatur beim Beginn des Glasübergangs des Toners plus 50°C, zu dem Wert des elastischen Moduls bei der Anfangstemperatur <10-5, bevorzugt < 10-7 beträgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang des Toners von seinem festen in seinen flüssigen Zustand in einem Temperaturintervall von etwa 50°C oder kleiner stattfindet.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das genannte Temperaturintervall des Zustandswechsels des Toners oberhalb 60°C, bevorzugt im Bereich von etwa 75°C bis etwa 125°C erstreckt.
- Verfahren zur Fixierung eines Toner, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein physikalischer Verfahrensparameter in Abhängigkeit von einem mit dem Energieeintrag in den Toner aufweisenden Bedruckstoff korrelierenden Parameter gesteuert und/oder geregelt wird. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Mikrowellensenders in Abhängigkeit vom Energieeintrag geregelt wird, in der Weise, daß bei zu niedrigem Energieeintrag die Leistung erhöht und bei zu hohem Energieeintrag die Leistung verringert wird, um im Mittel einen im wesentlichen konstanten, sachgerechten Energieeintrag zu erhalten.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Bewegung des Bedruckstoffes durch einen mit den Mikrowellen bestrahlten Bereich in Abhängigkeit vom Energieeintrag geregelt wird, in der Weise, daß bei zu niedrigem Energieeintrag der Bedruckstoff mit einer geringeren Geschwindigkeit fixiert wird und bei zu hohem Energieeintrag der Bedruckstoff mit einer höheren Geschwindigkeit fixiert wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellensender in Abhängigkeit vom Energieeintrag getunt bzw. bezüglich der Frequenz der von ihm ausgesandten Mikrowellen abgestimmt wird.
- Verfahren nach Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als mit dem Energieeintrag korrelierender Parameter die Temperatur des Bedruckstoffes genommen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als mit dem Energieeintrag korrelierender Parameter der Wirkungsgrad des Energieeintrags genommen wird.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als mit dem Energieeintrag korrelierender Parameter die reflektierte Leistung bzw. Energie des teilweise oder ganz einen Bedruckstoff enthaltenden Resonators gemessen wird und mit der durch den Mikrowellensender abgegebenen Leistung verglichen bzw. ins Verhältnis gesetzt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Mikrowellenfrequenzbereich von 100 MHz bis 100GHz außerhalb der freigegebenen ISM-Frequenzen eine Frequenz ausgewählt wird, bei der der Anteil der Absorption der Mikrowellenenergie durch den Toner gemessen an der Gesamtabsorption zugunsten einer höheren Absorption des Toners gewählt ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein farbiger Toner verwendet wird.
- Einrichtung zur Erwärmung von Bedruckstoff und/oder Toner, insbesondere zur Fixierung von Toner auf einem Träger bzw. einem Bedruckstoff, insbesondere einem blattförmigen Bedruckstoff, vorzugsweise für eine digitale Druckmaschine, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestrahlung und Erhitzung des einen starken Abfall des elastischen Moduls G' von seinem festen zu seinem flüssigen Zustand bei seinem Erhitzen zeigenden Toners wenigstens ein Mikrowellen abgebender Sender vorgesehen ist. - Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein die Bestrahlung beeinflussender physikalischer Betriebsparameter in Abhängigkeit von einem mit dem Energieeintrag in die Toner-Bedruckstoff-Anordnung korrelierenden Parameter regelbar ist.
- Einrichtung zur Erwärmung von Bedruckstoff und/oder Toner, vorzugsweise nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch einen Mikrowellenleiter in Form eines geschlossenen Ringes oder einer geschlossenen Schleife.
- Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellenleiter, im wesentlichen quer zu einer Transportrichtung des Bedruckstoffes verlaufend, eine gestreckte Form aufweist.
- Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellenleiter zwei parallel zueinander und quer zur Transportrichtung verlaufende gerade Teilstücke aufweist.
- Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Teilstücke kompakt einander benachbart angeordnet sind.
- Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellenleiter für die Bereitstellung einer elektrischen Feldstärke von maximal etwa 3kV/mm, vorzugsweise von etwa 0,2 kV/mm bis etwa 1,0 kV/mm, vorgesehen ist.
- Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie für eine Mehrfarbendruckmaschine vorgesehen ist oder Bestandteil einer solchen Mehrfarbendruckmaschine ist, die nach einem elektrofotographischen Druckverfahren arbeitet.
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